Forschung und Entwicklung der Polymeremulsion (2)

Chemiker werden immer mehrere Fragen stellen, wenn sie gebeten werden, ein Rezept für eine Polymeremulsion für eine bestimmte Anwendung zu erstellen. In dieser zweiteiligen Serie diskutieren wir die Erkenntnisse zu den vier großen Fragen, die sie in diesen Situationen stellen.

Die dritte Frage, die ein Chemiker stellen wird, lautet: „Welche Partikelgröße benötigt die Anwendung?“

Ein Chemiker kann eines oder mehrere von drei verschiedenen Systemen verwenden, um die Partikelgröße zu bestimmen:

1) Aussaat - Samen verhalten sich ähnlich wie Mizellen, sind aber viel leichter zu kontrollieren.

2) Mizellen mit anionischen Tensiden – Dieses System erzeugt einen etwas breiteren Bereich der Partikelgröße, der wie eine glockenförmige Kurve aussieht. Wenn Sie die Partikelgröße verengen, erhöht sich die Viskosität. Ein breiter Partikelgrößenbereich hat eine niedrigere Viskosität.

3) Harz unterstützt – sehr ähnlich wie bei Samen, um eine kleinere Partikelgröße zu erreichen.

Typischerweise liegen synthetische Styrol-Butadien-Polymeremulsionen im Größenbereich von 100 Nanometern bis 300 Nanometern. Chemiker haben die Möglichkeit, Polymere mit sehr kleinen Partikelgrößen (weniger als 50 nm) zu entwerfen, jedoch nur, wenn keine anderen Anforderungen wie Viskosität oder Feststoffe bestehen. Bestimmte Anwendungen erfordern eine kleine Partikelgröße für die Leistung, aber dies ist in Kombination mit einer niedrigen Viskosität und einem hohen Feststoffgehalt (normalerweise ~50 % Gesamtfeststoffgehalt des Polymers) nicht einfach zu erreichen.

Sowohl aus Sicht des Herstellers als auch des Kunden ist eine Gratwanderung zwischen Kosten und Leistung zu bewältigen. Der Hersteller ist möglicherweise in der Lage, ein Polymer mit einer kleinen Partikelgröße auf Kosten der Abfallerzeugung herzustellen. Ein kritisches Designkriterium für ein Rezept ist die Herstellung von Produkten, die bei der Herstellung hergestellt werden können, ohne dass überschüssiger Abfall entsteht.

Eine letzte wichtige Frage beim Design eines Polymers lautet: „Wie wird der pH-Wert eingestellt?“

Chemiker halten Styrol-Butadien-Polymeremulsionen während der Polymerisation bei einem ungefähren pH-Wert von 2-3, um die Carbonsäuren richtig zu platzieren. Sie erhöhen den pH-Wert, um die Säure zu neutralisieren. Anschließend stellen sie den pH-Wert entweder mit Natriumhydroxid (NaOH) oder Ammoniak (NH3) ein. Natriumhydroxid (oft als ätzend bezeichnet) ist eine starke Base; daher ist weniger erforderlich, um den pH-Wert der Emulsion einzustellen. Ätzmittel ist auch geruchsarm, was das Polymer für Innenanwendungen nützlich macht. Der Nachteil der Verwendung von Ätzmittel ist, dass es aufgrund der Natriumionen wasserempfindlich ist. Ammoniak ist eine schwache Base; daher ist mehr erforderlich, um den pH-Wert der Emulsion einzustellen. Ammoniak verflüchtigt sich nach dem Auftragen, es kann jedoch ein starker Geruch auftreten, der normalerweise für Anwendungen in Innenräumen nicht bevorzugt wird.

Neben der Neutralisation der Säure hilft die pH-Anhebung der Emulsion, Formulierungen mit hohem Füllstoffgehalt wie Calciumcarbonat (CaCO3) zu puffern. Durch Anheben des pH-Wertes des Emulsionspolymerisats wird der pH-Wert des Latex in den Pufferbereich für den Füllstoff gebracht.